Fuori dalla bolla!

Quando pensiamo ad un sistema planetario in genere visualizziamo qualcosa di simile al nostro: al centro una stella luminosa, calda ed apparentemente immutabile, intorno alla quale orbitano una corte di pianeti (con le loro eventuali lune), asteroidi e comete. Migliaia di sistemi extrasolari scoperti negli ultimi trent'anni si presentano infatti così. Nonostante ciò la natura potrebbe dimostrarsi molto più creativa: esiste infatti un'ipotesi scientifica - fino a pochi anni fa considerata quasi fantascientifica - che prevede l’esistenza l'esistenza di pianeti che non orbitano attorno ad una stella bensì ad un buco nero. Si tratta di una proposta teorica recente che sta attirando l’attenzione della comunità degli astrofisici, nata da modelli fisici consolidati e da una domanda apparentemente semplice:

se i pianeti si formano nei dischi di gas e polveri che circondano le stelle, perché non dovrebbero potersi formare anche nei dischi di accrescimento che circondano alcuni buchi neri?

Sappiamo che i buchi neri non sono “aspirapolveri cosmici”, ma oggetti estremamente compatti che, grazie alla loro massa, curvano lo spaziotempo circostante come qualsiasi altro corpo fisico. (1)

L’orbita di un pianeta, in prima approssimazione, dipende infatti dalla massa dell’oggetto centrale a cui è legato gravitazionalmente, indipendentemente dal fatto che si tratti di una stella, una nana bianca, una stella di neutroni o un buco nero.

La domanda che dovremmo porci è semmai un'altra: come potrebbe formarsi un pianeta nei pressi di un buco nero?

Per il grande pubblico il primo contatto con l’idea di un sistema planetario attorno ad un buco nero è arrivato nel 2014 grazie ad Interstellar, il film diretto da Christopher Nolan la cui trama vede un gruppo di astronauti visitare pianeti in orbita attorno al buco nero Gargantua.

In molti hanno pensato ad una licenza poetica, ma la rappresentazione del buco nero fu sviluppata con un livello di rigore senza precedenti nella storia del cinema grazie alla consulenza di Kip Thorne.

Oggi talvolta si è tentati di considerarlo un precursore dell’immaginario dei “blanet”, ma questa attribuzione è impropria: il termine "blanet" indica infatti pianeti formatisi nei dischi di accrescimento che circondano i buchi neri supermassicci, mentre nel film si rappresentano scenari orbitali compatibili con la relatività generale ma non modelli di formazione planetaria in tali ambienti. (2)

Sino ad una manciata di anni fa si riteneva che l'ambiente attorno ad un buco nero fosse troppo estremo: temperature elevate, radiazione intensa, gas turbolento e forti gradienti gravitazionali sembravano incompatibili con il lento processo di formazione planetaria.

Più recentemente lo studio dei nuclei galattici attivvi ha mostrato che i buchi neri supermassicci non sono sempre isolati; molti sono circondati da strutture di gas e polveri su scale molto ampie, talvolta paragonabili o superiori a quelle del Sistema Solare.

In alcune regioni esterne di queste strutture la temperatura può scendere fino a poche centinaia di kelvin, valori confrontabili con quelli dei dischi protoplanetari attorno alle giovani stelle.

Se esistono polveri, molecole e condizioni fisiche sufficientemente “fredde”, perché la gravità non dovrebbe innescare lo stesso processo di aggregazione che osserviamo altrove?

Ogni pianeta nasce dalla stessa materia: minuscoli granelli di polvere, silicati e ghiacci, particelle di pochi micron che si scontrano continuamente. Alcune rimbalzano, altre si frammentano, altre ancora restano unite grazie alle forze elettrostatiche. Nel tempo si formano aggregati sempre più grandi: millimetri, centimetri, metri, chilometri. Ad un certo punto entrano in gioco la gravità e le collisioni reciproche e, nel giro di alcuni milioni di anni, si formano prima planetesimi, poi protopianeti e infine pianeti veri e propri. (3)

Se questo meccanismo funziona attorno a una stella, potrebbe funzionare anche attorno ad un buco nero?

Nel 2020 un gruppo guidato dall'astrofisico Keiichi Wada della Kagoshima University ha pubblicato uno studio (4) in cui viene coniato il termine blanet (black hole planet); utilizzando modelli numerici dei grandi dischi di accrescimento presenti attorno ai buchi neri supermassicci al centro delle galassie, gli autori hanno mostrato, mediante simulazioni numeriche, che esistono regioni dove la temperatura può essere sufficientemente bassa e le condizioni favorevoli alla crescita della polvere ed alla formazione di corpi planetari.

Secondo le loro simulazioni, un singolo disco di accrescimento sufficientemente massiccio potrebbe produrre migliaia, e forse perfino milioni, di corpi planetari distribuiti nelle regioni esterne del disco con masse tipicamente comprese fra quelle delle super-Terre e dei mini-Nettuni, sebbene in alcune condizioni possano formarsi corpi ancora più massicci. (5)

La presenza di pianeti in orbita intorno a buchi neri non sarebbe quindi da considerarsi un caso eccezionale; in alcune galassie potrebbero addirittura costituire una popolazione planetaria molto numerosa.

Esiste tuttavia un apparente paradosso: i pianeti che conosciamo si formano nei dischi protoplanetari attorno alle giovani stelle, la cui radiazione influenza profondamente temperatura, chimica ed evoluzione del disco.

Un buco nero isolato non emette di per sé luce significativa (6), come può allora esistere un ambiente favorevole alla formazione planetaria?

La soluzione è da ricercarsi nelle caratteristiche del disco di accrescimento (AGN)che circonda i buchi neri supermassicci.

Precipitando verso l'orizzonte degli eventi, gas e polveri vengono accelerati, compressi e riscaldati fino a raggiungere temperature di milioni di gradi e questo fa sì che il disco diventi uno degli oggetti più luminosi dell'intero Universo (quando il buco nero è in una fase di intenso accrescimento), in alcuni casi emettendo più luce di centinaia di miliardi di stelle.

È proprio il disco di accrescimento, e non il buco nero in sé, a fornire l'ambiente fisico ed energetico entro cui potrebbe svilupparsi la formazione dei blanet. (7)

L'idea dei blanet ci obbliga quindi a rivedere una convinzione radicata, e cioè che i pianeti siano necessariamente legati alle stelle: forse manchiamo di immaginazione e l'Universo potrebbe rivelarsi capace di costruire mondi praticamente ovunque esistano gravità, materia e tempo a sufficienza.

In futuro, disponendo di strumenti adatti, potremmo arrivare ad osservare pianeti formatisi attorno a buchi neri, ampliando ulteriormente il panorama già oggi noto di pianeti associati a stelle, stelle di neutroni e, probabilmente, anche nane bianche.

Realizzeremmo così un cambiamento di prospettiva paragonabile a quello avvenuto negli anni '90, quando gli astronomi scoprirono che i pianeti extrasolari non erano eccezioni ma una componente normale delle galassie.

Come potrebbe formarsi un blanet?

Quando cerchiamo di Immaginare un buco nero richiamiamo alla mente la "foto" scattata nel 2019 dalla Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) relativa al buco nero al centro della galassia Messier 87: una regione luminosa di gas caldo nelle immediate vicinanze dell'orizzonte degli eventi.

In realtà quella visibile nella foto è soltanto la parte più interna del disco di accrescimento.

I grandi buchi neri supermassicci sono circondati da strutture di gas e polveri enormemente più estese della regione mostrata nelle immagini dell'EHT: le parti più esterne del disco e delle strutture circostanti possono estendersi per molti anni luce, arrivando in alcuni casi a decine di anni luce dal buco nero. (8)

La struttura del disco non è uniforme: le regioni più interne sono incandescenti mentre quelle più distanti diventano progressivamente più fredde.

I pianeti non possono formarsi ovunque nelle regioni intorno alla stella centrale, esiste infatti una sorta di "zona di condensazione": troppo vicino all'oggetto centrale e il calore vaporizza completamente la polvere, troppo lontano e la densità del materiale diventa insufficiente.

Nei sistemi stellari questa zona si trova all'interno del disco protoplanetario.

I modelli teorici suggeriscono che anche nei dischi di accrescimento dei buchi neri supermassicci possano esistere regioni nelle quali temperatura e densità risultano compatibili con l'aggregazione della polvere.

Secondo i modelli teorici nelle parti più esterne del disco la temperatura potrebbe scendere sotto i 1.000 kelvin, permettendo ai silicati e ad altri materiali solidi di condensare: a quel punto la fisica diventa incredibilmente simile a quella che già conosciamo (minuscoli granelli di polvere iniziano a scontrarsi ed aggregarsi, diventano sempre più grandi, nascono planetesimi poi embrioni planetari ed infine pianeti completi).

La natura utilizza cioè lo stesso "manuale di istruzioni" in ambienti completamente diversi.

Quanti blanet potrebbero esserci intorno ad un singolo buco nero?

La formazione di un pianeta non è un evento rapido, ci sono voluti tra i 10 e i 100 milioni di anni per completare la formazione della nostra Terra.

Relativamente ai blanet i modelli suggeriscono tempi della stessa grandezza d'ordine, anche se dipendono dalle caratteristiche del disco di accrescimento.

La durata della vita di una galassia si conta in miliardi di anni, quella di un buco nero supermassiccio è immensamente più lunga dell'attuale età dell'Universo: quest'ultimo avrebbe quindi tutto il tempo necessario per costruire numerose generazioni di pianeti.

Le simulazioni suggeriscono che un singolo disco di accrescimento molto massiccio potrebbe contenere abbastanza materiale per produrre migliaia o (secondo le simulazioni) addirittura milioni di pianeti.

Naturalmente si tratta di modelli teorici (nessuno ha ancora osservato direttamente un blanet), tuttavia il semplice fatto che la fisica non lo vieti cambia completamente il quadro.

Cosa vedrebbe un osservatore che si trovi sulla superficie di un blanet? (9)

Anche qualora il pianeta girasse su sé stesso (10) potrebbe venire meno la classica alternanza giorno/notte prodotta da una sorgente luminosa puntiforme, non essendoci una stella nel centro di gravità del sistema.

L'illuminazione, se presente, deve per forza arrivare da una sorgente diversa: tale fonte è rappresentata dal disco di accrescimento che, come abbiamo visto, può essere luminosissimo e dar forma nel cielo del pianeta ad un enorme arco luminoso che (a seconda dell'inclinazione dell'orbita) avvolge il buco nero.

Non apparirebbe necessariamente bianco: le regioni più interne emetterebbero soprattutto raggi X ed ultravioletti, invisibili all'occhio umano, mentre quelle più esterne potrebbero brillare con tonalità rossastre o arancioni.

Circa l'aspetto con il quale il buco nero si presenterebbe all'osservatore: nel cielo ne vedrebbe l'ombra gravitazionale, una regione più grande dell'orizzonte degli eventi prodotta dalla forte curvatura dello spazio-tempo.

Intorno a quest'ombra la luce proveniente dal disco di accrescimento risulta piegata dalla gravità, cosicché una parte del disco apparirebbe sopra il buco nero e l'altra sotto; persino la faccia posteriore del disco diventerebbe visibile in quanto lla luce seguirebbe traiettorie fortemente incurvate attorno al buco nero prima di raggiungere l'osservatore.

È il fenomeno riprodotto con grande accuratezza in Interstellar; le immagini prodotte per il film sono così precise dal punto di vista scientifico da esser state utilizzate in seguito in due pubblicazioni scientifiche. (11)

Per comprendere come potrebbe apparire il cielo, immaginiamo per un momento un pianeta molto più vicino al buco nero di quanto prevedano gli attuali modelli di formazione dei blanet, in uno scenario simile a quello immaginato in Interstellar; il panorama allora potrebbe ricordare molto quello mostrato nel film.

È tuttavia improbabile che un vero blanet si trovi così vicino al buco nero: i modelli indicano infatti che la formazione planetaria dovrebbe avvenire molto più lontano, nelle regioni esterne del disco, dove temperatura e radiazione risultano sufficientemente basse.

Un pianeta posto alla distanza del pianeta di Miller sarebbe probabilmente esposto a un ambiente troppo estremo per consentire la formazione di un blanet e, con ogni probabilità, anche lo sviluppo di forme di vita simili a quelle terrestri.

Un anno su un blanet.

La durata dell'orbita di un blanet dipende principalmente dalla distanza dal buco nero e dalla massa di quest'ultimo.

Poiché è più probabile che la zona di formazione di questi corpi sia verso il bordo esterno del disco di accrescimento, un blanet potrebbe richiedere da alcune centinaia fino a migliaia di anni terrestri per completare un giro. (12)

Se invece orbitasse più vicino al bordo interno - dove però i modelli attuali non prevedono la formazione dei blanet - gli anni sarebbero più brevi ma aumenterebbero gli effetti della relatività e delle forze mareali, rendendo l'ambiente decisamente più ostile.

Potrebbe esistere la vita su un blanet?

Sappiamo che vicino all'orizzonte degli eventi l'ambiente è estremamente ostile per l'intensa radiazione, il plasma caldo e, nelle regioni più interne, anche per i forti effetti mareali.

Tuttavia un buco nero supermassiccio ha un'influenza gravitazionale che si estende per anni luce e, a grandi distanze, il suo campo gravitazionale diventa del tutto simile a quello di qualsiasi altro oggetto della stessa massa.

Un blanet potrebbe trovarsi in una regione relativamente tranquilla, molto lontano dal disco più caldo. (13)

Ma la vita per svilupparsi ha bisogno di energia, ed allontanandoci dalla parte interna del disco quella ricevuta decresce rapidamente.

Sono state proposte diverse possibili sorgenti di energia:

Il disco di accrescimento: se il buco nero è attivo, il disco di accrescimento emette quantità enormi di energia; tuttavia nelle regioni più esterne tale radiazione potrebbe essere sufficientemente attenuata da fornire luce e calore senza risultare distruttiva. In questo scenario il disco di accrescimento costituirebbe la principale sorgente di energia del sistema: a differenza del Sole non apparirebbe come un punto luminoso nel cielo, ma come una vasta struttura estesa, capace di produrre un'illuminazione molto diversa da quella cui siamo abituati, con ombre più sfumate e, forse, senza un vero cielo notturno.
Stelle vicine: in genere i buchi neri supermassicci abitano il centro delle galassie, regioni densamente popolate di stelle. Quelle più vicine potrebbero fornire al blanet una parte della propria energia. Se quest'ultimo si trovasse lontano dalla zona più luminosa del disco, il suo cielo notturno sarebbe spettacolare, con decine o centinaia di migliaia di stelle brillanti contemporaneamente (qualora il disco di accrescimento non fosse sufficientemente luminoso da dominarne la vista).
Calore interno: anche senza alcuna sorgente luminosa esterna un pianeta può mantenere una certa attività geologica (14), così un grande blanet potrebbe possedere oceani sotterranei alimentati esclusivamente dal calore interno (come si suppone succeda con Europa ed Encelado).
Per scenari del tutto particolari è stata persino ipotizzata la possibilità di sfruttare la radiazione cosmica di fondo (CMB), che nei pressi di un buco nero potrebbe apparire fortemente amplificata a causa degli effetti relativistici (si veda la nota 7). Si tratta tuttavia di un'ipotesi estremamente speculativa.

Il ritmo con cui scorre il tempo su un blanet.

Vicino ad un campo gravitazionale molto intenso il tempo scorre più lentamente rispetto a regioni dove la gravità è più debole; per un blanet nato nel disco esterno di un buco nero supermassiccio la dilatazione temporale sarebbe probabilmente così piccola da risultare apprezzabile solo con orologi atomici o strumenti di elevatissima precisione. (15)

Se il pianeta avesse un asse inclinato, come la Terra, potrebbero esistere variazioni stagionali, ma le stagioni sarebbero molto diverse dalle nostre.

L'intensità della luce del disco di accrescimento potrebbe cambiare nel tempo così come l'attività del buco nero.

Durante la propria orbita potrebbe osservare regioni del disco con luminosità differenti oppure risentire delle variazioni nella distribuzione del gas e della polvere

In pratica le "stagioni" potrebbero dipendere non soltanto dall'orbita del pianeta, ma anche dall'evoluzione del disco di accrescimento.

Una eventuale civiltà vi crescerebbe con un'idea completamente diversa dell'Universo.

Immaginiamo una civiltà nata su un blanet: il centro del cielo sarebbe occupato non da una stella ma da una vasta ombra circolare; la loro astronomia nascerebbe studiando la deformazione della luce e così forse potrebbero intuire gli effetti della relatività molto prima di inventare il telescopio.

Persino il concetto di "giorno" potrebbe essere diverso: se il disco di accrescimento illuminasse continuamente il pianeta potrebbero non esistere una vera alba e un vero tramonto, e la distinzione fra "giorno e notte" dipenderebbe soltanto dalla rotazione del pianeta o dall'ombra proiettata da strutture del disco.

Per gli abitanti di un simile pianeta il cielo non sarebbe semplicemente uno sfondo immutabile ma un ambiente dinamico, nel quale la gravità modellerebbe continuamente la luce; fenomeni che sulla Terra richiedono sofisticati telescopi potrebbero costituire parte dell'esperienza quotidiana.

Come possiamo sapere se davvero esistono i blanet?

Sino ad oggi non sono ancora state osservati, tuttavia ci troviamo in una situazione simile a quella degli esopianeti trent'anni fa: la teoria ne prevedeva l'esistenza anche se nessuno li aveva mai visti.

Nel 1995 arrivò la prima scoperta confermata e oggi conosciamo migliaia di mondi extrasolari.

Scoprire un pianeta che orbita attorno ad una stella è già un’impresa complessa; farlo attorno ad un buco nero lo è ancora di più.

Le tecniche di transito, che hanno rivoluzionato la ricerca degli esopianet (16), diventano difficili da applicare perché il disco di accrescimento non è una sorgente puntiforme e stabile come una stella, ma una struttura estesa e variabile.

Anche il metodo delle velocità radiali sarebbe estremamente complesso da utilizzare, a causa della dinamica turbolenta del gas e della difficoltà di definire un segnale orbitale pulito.

Gli astronomi stanno tuttavia studiando possibili metodi indiretti.

Tra i più promettenti vi è l’analisi del disco di accrescimento: un pianeta sufficientemente massiccio potrebbe aprire un gap nel disco, analogamente a quanto avviene nei dischi protoplanetari attorno alle giovani stelle.

Queste perturbazioni potrebbero alterare la distribuzione del gas e quindi la radiazione emessa: non vedremmo il pianeta, ma la sua impronta nel disco. (17)

Negli ultimi vent'anni l'astronomia ha vissuto una vera rivoluzione tecnologica: il James Webb Space Telescope ha mostrato quanto sia possibile studiare in dettaglio i dischi di polvere e gas ad oggetti compatti, e la futura generazione di osservatori - come l'Extremely Large Telescope e lo Square Kilometre Array- potrebbe spingersi ancora oltre nell’osservazione dei nuclei galattici attivi.

Non è detto che il primo blanet venga osservato direttamente: è molto più probabile che venga scoperto attraverso anomalie nella distribuzione del gas, della polvere o della radiazione del disco.

Si tratterebbe una scoperta indiretta, ma non per questo meno rivoluzionaria: il concetto stesso di sistema planetario si amplierebbe, e l’Universo potrebbe rivelarsi molto più ricco di quanto immaginato.

Significherebbe che ovunque esista un disco ricco di gas e polveri la gravità potrebbe favorire, in condizioni opportune, l’organizzazione della materia fino alla formazione di nuovi mondi.

Tuttavia, la lezione più profonda riguarderebbe il metodo scientifico.

Per decenni abbiamo dato per scontato che i pianeti nascessero attorno alle stelle, ma non si trattava di una legge fisica: era una generalizzazione basata su un unico caso osservato.

Solo successivamente la teoria ha iniziato a suggerire che la natura potrebbe seguire strade diverse.

È una lezione ricorrente nella storia della scienza: ogni volta che pensiamo di aver compreso i limiti dell’Universo, esso ci sorprende. Prima con gli esopianeti, poi con le onde gravitazionali, con la prima immagine di un buco nero, e forse, in un futuro non lontano, con la scoperta del primo blanet.

Note:

(1) Dal punto di vista gravitazionale, a grande distanza un buco nero è indistinguibile da qualsiasi altro oggetto con la stessa massa.

Infatti se il Sole venisse improvvisamente sostituito da un buco nero di egual massa i pianeti continuerebbero a percorrere le stesse orbite.

Certo, scomparirebbero subito luce e calore solare; la Terra rimarrebbe sulla stessa orbita, ma senza ricevere radiazione solare, entrando in una condizione di oscurità permanente.

Un buco nero isolato emette una quantità trascurabile di radiazione; diventa invece una sorgente intensa solo se alimentato da un disco di accrescimento

(2) Interstellar non introduce l’idea di formazione planetaria attorno a buchi neri ma rende fisicamente realistico un sistema orbitale attorno a un BH.

L'idea che un pianeta possa orbitare attorno ad un buco nero è vecchia di diversi decenni: come già spiegato in nota (1), dal punto di vista della meccanica orbitale non c'è nulla che lo impedisca.

L’idea che pianeti possano orbitare attorno a buchi neri è compatibile con la meccanica celeste ed ha iniziato a essere discussa in modo più strutturato a partire dagli studi sulla dinamica orbitale attorno a oggetti compatti tra anni ’70 e ’90.

Questi scenari, pur studiati in ambito teorico, rimasero marginali rispetto allo sviluppo successivo della ricerca sugli esopianeti attorno a stelle.

(3) È lo stesso processo che ha portato alla formazione della Terra circa 4,5 miliardi di anni fa.

(4) Si tratta dell'articolo Blanet Formation in Active Galactic Nuclei, pubblicato nel 2020 da Keiichi Wada, Yusuke Tsukamoto e Eiichiro Kokubo su The Astrophysical Journal; una delle prime proposte sistematiche secondo cui pianeti potrebbero formarsi direttamente nei dischi di accrescimento attorno ai buchi neri supermassicci.

Il lavoro si inserisce in una serie di studi degli stessi autori tra il 2019 e il 2022, che approfondiscono diversi aspetti della crescita della polvere e della formazione planetaria in ambienti AGN (Planet formation around supermassive black holes in the active galactic nuclei, 2019 e Formation of Blanets from dust grains around supermassive black holes in galaxies del 2022).

(5) Nei modelli iniziali del 2019 le masse tipiche dei blanet risultavano dell’ordine di alcune decine di masse terrestri.

L’introduzione del trasporto radiale dei grani di polvere nei modelli successivi ha permesso di ottenere oggetti significativamente più massicci.

Nel lavoro del 2022 gli autori mostrano che, in condizioni favorevoli del disco di accrescimento (massa del buco nero, turbolenza, distribuzione della polvere), la massa dei blanet partendo da 20 masse terrestri può raggiungere valori dell’ordine di circa 3000 masse terrestri, pari a circa dieci masse gioviane.

Si tratta di risultati ottenuti all’interno di specifici set di parametri numerici e non di un limite fisico generale: la formazione di oggetti così massicci è probabilmente rara e fortemente dipendente dalle condizioni locali del disco.

Oltre queste masse si entra progressivamente nel regime delle nane brune, convenzionalmente definito dal limite di fusione del deuterio (circa 13 masse gioviane).

(6) La radiazione di Hawking è trascurabile dal punto di vista energetico per buchi neri di massa stellare e supermassiccia.

(7) Una proposta interessante circa una possibile fonte di energia è presentata da Tomáš Opatrný nel lavoro Life on the Earth in the future of the Universe: Survival of living systems in a dark era (2015) in cui viene considerata un’epoca estremamente remota dell’Universo, quando tutte le stelle saranno ormai spente, e ci si chiede se una civiltà possa sopravvivere su un pianeta in orbita attorno a un buco nero.

Opatrný non parla esplicitamente di blanet, ma le sue conclusioni sono applicabili a pianeti in orbita attorno a buchi neri, come nel caso del Pianeta di Miller immaginato da Thorne.

In un AGN attivo l’energia disponibile sarebbe dominata dal disco di accrescimento.

Invece, attorno a un buco nero quiescente, una possibile sorgente energetica residua è la radiazione cosmica di fondo (CMB), opportunamente modificata dagli effetti relativistici.

La CMB permea l’intero Universo ed ha oggi una temperatura di circa 2,7 K, troppo bassa per sostenere processi biologici o tecnologici.

Tuttavia, per un osservatore in orbita relativistica attorno a un buco nero, la combinazione di effetti Doppler relativistici, aberrazione e curvatura dello spazio-tempo altera profondamente la distribuzione angolare e spettrale della radiazione.

La radiazione proveniente nella direzione del moto risulterebbe fortemente blueshiftata, mentre quella opposta verrebbe redshiftata. Il risultato è un cielo anisotropo: una regione a temperatura effettiva più elevata e spettralmente più energetica nella direzione del moto, e una regione più fredda nella direzione opposta.

Risultato, il cielo non apparirebbe uniforme: davanti al pianeta una regione molto luminosa e molto più calda, alle spalle una regione estremamente fredda.

Questa asimmetria genera un gradiente termico sfruttabile, permettendo l’estrazione di lavoro termodinamico mediante dispositivi che funzionano come macchine termiche tra le due regioni del cielo.

Una civiltà avanzata potrebbe esser in grado di costruire dispositivi capaci di assorbire energia dalla parte del cielo dove la CMB è blueshiftata, dissipare il calore verso la parte del cielo dove la CMB è redshiftata e trasformare la differenza di temperatura in energia utilizzabile.

In questo caso il buco nero agisce ome un trasformatore gravitazionale dell’energia radiativa: non produce energia, ma ne modifica la distribuzione angolare e spettrale rendendo utilizzabile una sorgente che, su scala cosmologica, è altrimenti quasi uniforme e quindi inutilizzabile.

In un futuro remoto, quando le stelle avranno cessato di brillare e la CMB sarà ulteriormente raffreddata, un pianeta in orbita sufficientemente vicina a un buco nero potrebbe continuare a sfruttare proprio questi effetti relativistici. In questo senso, il buco nero non sostituisce una stella, ma rende accessibile una forma di energia già presente in tutto l’Universo.

(8) Per avere un termine di paragone, il diametro dell’orbita di Plutone è inferiore a un millesimo di anno luce.

(9) La dilatazione temporale nel caso del Pianeta di Miller è stata discussa in dettaglio nel mio post pubblicato il 24 aprile 2025 dal titolo "A cosa è dovuta l'enorme dilatazione temporale sperimentata dall'interprete del film di Nolan sul pianeta di Miller?" (presente anche sul mio blog)

(10) Thorne ha immaginato il Pianeta di Miller, in orbita molto ravvicinata, tidally locked con il buco nero.

(11) Nolan mise in contatto Kip Thorne con Paul Franklin della Double Negative (DNEG), uno studio di effetti visivi che aveva già lavorato a produzioni premiate (oscar per gli effetti speciali del film "Interception").

Il team includeva anche Oliver James ed Eugénie von Tunzelmann.

Kip Thorne fornì le basi teoriche e i vincoli fisici necessari per descrivere il comportamento della luce in prossimità di buchi neri e wormhole; questi modelli vennero poi implementati dal team DNEG attraverso il software DNGR (Double Negative Gravitational Renderer), progettato per simulare il percorso dei raggi luminosi nello spazio-tempo curvo attorno a un buco nero rotante, integrando le geodetiche della metrica di Kerr.

Il risultato permise la generazione di immagini con un realismo fisico senza precedenti per il cinema, rivelando anche effetti di lente gravitazionale complessi non precedentemente analizzati in dettaglio in ambito divulgativo.

Il 13 febbraio 2015 Thorne, Franklin, James e von Tunzelmann pubblicarono su Classical and Quantum Gravity l’articoloGravitational Lensing by Spinning Black Holes in Astrophysics, and in the Movie Interstellar, in cui veniva descritto il metodo utilizzato per la simulazione.

Successivamente venne pubblicato anche Visualizing Interstellar's Wormhole, che illustrava la geometria del wormhole presente nel film.

(12) Wada ipotizza per i blanet più esterni periodi orbitali dell’ordine di 10⁵–10⁶ anni; gli autori suggeriscono che "... una civiltà nata su un blanet potrebbe non vedere mai completarsi un'intera rivoluzione del proprio pianeta attorno al buco nero nel corso di molte generazioni ...".

(13) Il problema della radiazione emessa dal disco potrebbe essere attenuato dalla distanza, dall’opacità dell’atmosfera e, in parte, dalla presenza di un campo magnetico e di oceani profondi, che offrono schermatura soprattutto contro particelle energetiche e radiazione meno penetrante.

(14) La Terra produce ancora oggi una quantità significativa di energia interna grazie al decadimento degli elementi radioattivi e al calore residuo della propria formazione.

(15) Qualora la posizione del blanet fosse prossima all’orizzonte degli eventi, si entrerebbe in regimi relativistici estremi.

A causa della forte curvatura dello spazio-tempo, il tempo proprio del pianeta scorrerebbe più lentamente rispetto a un osservatore lontano, e i processi evolutivi apparirebbero fortemente dilatati.

"... Sarebbe come se la vita su un tale blanet" - afferma Aurora Simionescu (SRON), intervistata da Jonas Ender -" esistesse in una bolla temporale completamente separata dal resto dell'Universo ... mentre sul blanet è trascorso qualche milione di anni durante il quale si sono sviluppate elementari forme di vita, sulla Terra ne potrebbero esser trascorsi miliardi ed il Sole avrà già fatto in tempo a spegnersi ...".

(16) Il metodo del transito (quando il pianeta passa davanti alla stella e ne riduce leggermente la luminosità) la velocità radiale (che misura il piccolo moto oscillatorio della stella indotto dalla gravità del pianeta) e l'osservazione diretta (possibile solo in casi particolari).

(17) Sarebbe come dedurre la presenza di un pesce osservando le onde che genera sulla superficie di un lago.

Fuori dalla bolla!

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giovedì 2 luglio 2026

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Blanet: i mondi possibili nei dischi di accrescimento dei buchi neri.

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